Навигация

Ссылки друзей

Металлургия » Теоретические основы сталеплавильных процессов. » Общая физико-химическая характеристика сталеплавил » Общие принципы обеспечения заданного содержания примесей в готовой стали

Общие принципы обеспечения заданного содержания примесей в готовой стали

 (голосов: 0)
Общие принципы обеспечения заданного содержания примесей в готовой сталиОбщие принципы обеспечения заданного содержания примесей в готовой стали
Заданное содержание в готовой стали любой примеси может быть обеспечено лишь при правильном учете возможного ее поведения в процессе рафинирования, раскисления-легирования и дегазации.
Содержание неокисляющихся примесей в готовой стали не зависит от режима рафинирования и регулируется составом исходных материалов плавки. Если неокисляющийся элемент является нежелательной примесью в стали данной марки, то заданное содержание такого элемента обеспечивается ограничением содержания его в исходной шихте.
В случаях, когда неокисляющаяся примесь является легирующим элементом и ее количество в готовой стали должно быть выше, чем в шихте, заданное содержание примеси обеспечивается введением ее в ванну на любой стадии плавки.
Содержание полностью окисляющихся примесей в готовой стали также не зависит от режима рафинирования и обеспечивается введением их в металл только после окончания рафинирования, как правило, в ковш, чтобы избежать потерь вводимых примесей вследствие возможного их значительного окисления. Количество полностью окисляющихся примесей в шихте не влияет на состав готовой стали, поэтому оно может быть ограничено лишь в том случае, если образующийся оксид ухудшает шлаковый режим и влияет на стойкость футеровки агрегата. Например, при высоком содержании кремния в чугуне образуется повышенное количество шлака, и первичные шлаки имеют высокое содержание Si02, что усложняет ведение плавки и ускоряет износ основной футеровки, поэтому содержание кремния в чугуне обычно строго регламентируется.
Содержание частично окисляющихся примесей в металле после окончания рафинирования зависит как от начального содержания их в шихте, так и от шлакового режима, но не зависит от расхода кислорода. Если частично окисляющиеся примеси необходимо удалить, увеличивают количество шлака и повышают способность его поглощать удаляемую примесь.
На практике регулирование параметров шлакового режима имеет ограничения. Например, наведение большого количества высокоосновного шлака, обладающего повышенной серо- и фосфоропоглотительной способностью, может потребовать больших затрат времени и привести к резкому снижению производительности агрегата. В связи с этим содержание частично окисляющихся примесей в исходной шихте часто также ограничивают, особенно если они являются вредными (например, сера и фосфор).
Содержание частично окисляющихся полезных примесей в металле к концу рафинирования обычно меньше заданного в готовой стали. Заданное содержание их, как правило, обеспечивается введением в металл (в агрегат или в ковш) после окислительного рафинирования. При этом должно быть обеспечено возможно меньшее окисление вводимой примеси, полное ее растворение и равномерное распределение в металле.
Поведение частично окисляющихся элементов хорошо изучено, поэтому возможное содержание их в металле может быть определено расчетом.
Для элементов, распределяющихся между металлом и шлаком, важнейшей количественной характеристикой является коэффициент распределения, под которым принято понимать отношение фактического (наблюдаемого) содержания элемента в шлаке (Е) к содержанию его в металле [Е], которые могут быть и не равновесными: LE= (Е)/[Е]. Если содержания (активности) примеси в шлаке и металле соответствуют равновесному состоянию, то это отношение называют константой распределения.
Коэффициент распределения прежде всего зависит от индивидуальных свойств элемента, в частности от его химического сродства к кислороду. Элементы, обладающие очень высоким химическим сродством к кислороду (Мn, Са, РЗМ, AI и др.), во время рафинирования в металле содержатся в ничтожно малом количестве, т. е. можно принять, что [Е] -> 0, поэтому можно считать, что для них LE -> ∞ (окисление полное). Для элементов, обладающих очень низким химическим сродством к кислороду (Сu, Ni, Co, Мо и др.), можно принять (Е) -> 0, поэтому LE -> 0 (окисление отсутствует). Лишь для элементов, обладающих умеренным химическим сродством к кислороду (Мn, Сг, V, Nb и др.), коэффициенты распределения имеют конечные значения - окисление частичное, представляющее практический интерес.
В производственной практике необходимо принимать во внимание изменение коэффициента распределения элементов между шлаком и металлом в пределах от 1 до 1000. При LE 1000 и том же количестве шлака степень окисления примеси достигает 90-95% и более, что в большинстве случаев можно считать практически полным удалением.
Коэффициент распределения между шлаком и металлом для любого элемента зависит от температуры и степени окисленности ванны (содержания кислорода в металле и оксидов железа в шлаке), во многих случаях также от состава (основности) шлака.
Зависимость коэффициента распределения от окисленности ванны является особенностью сталеплавильных процессов и объясняется тем, что переход из металла в шлак всех элементов, кроме серы, возможен только после их окисления. Однако окисленность ванны является слаборегулируемым фактором, поскольку определяется в основном содержанием углерода в металле, которое зависит от марки стали.
В производственной практике для изменения значения коэффициента распределения чаще изменяют состав (основность) шлака, поскольку изменение температуры ванны тоже ограниченно. Кроме того, обычно возможные колебания температуры в меньшей степени изменяют значения коэффициента распределения, чем изменение состава шлака.
Содержание углерода в готовой стали обычно выше равновесного с кислородом, содержащимся в металле при рсо ≈10 Па, поэтому в открытых агрегатах его требуемые значения обеспечиваются изменением расхода кислорода, вводимого в ванну во время окислительного рафинирования. Поскольку в это время углерод непрерывно окисляется, его содержание в исходной шихте (чугуне и ломе) должно быть значительно больше, чем в готовой стали. Это превышение может быть различным в зависимости от типа процесса. Если заданное содержание углерода в готовой стали меньше равновесного, достигаемого в открытых агрегатах (-0,02%), то необходимо снижение парциального давления СО в газовой фазе, достигаемое при помощи вакуумирования или продувки нейтральным газом.
Содержание водорода и азота в металле по ходу и в конце рафинирования обычно менее равновесного с газовой фазой и для данного типа процесса является более или менее постоянной малорегулируемой величиной, поскольку их химический потенциал в газовой фазе в каждом типе процесса изменяется в узких пределах. Во время раскисления и легирования содержание водорода и азота в металле обычно повышается в зависимости от их количества в раскислителях и легирующих сплавах, а также от условий взаимодействия металла с газовой фазой во время выпуска и разливки.
Если содержание газов в металле в конце плавки выше заданного для стали данной марки, то необходима дегазация металла (вакуумирование или продувка нейтральным газом).
Содержание кислорода в металле также не равновесное, зависит главным образом от содержания углерода, т.е. от состава выплавляемой стали. Количество кислорода в стали к концу рафинирования обычно значительно больше требуемого, поэтому проводят обязательное раскисление.
Таким образом, обеспечение заданного содержания примесей в готовой стали является очень сложной задачей, для успешного решения которой необходимо не только правильное проведение различных физико-химических процессов во время плавки, но и регламентирование содержания примесей в исходных материалах (шихте).
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики